Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия - Венки Рамакришнан

эти генетические факторы обусловлены суммой незначительных эффектов, заданных множеством разных генов, и, таким образом, их трудно отследить на уровне отдельного гена. К моменту проведения датского исследования (1996) один скромный червячок уже помог опровергнуть эту гипотезу.

Этим червячком была почвенная нематода Caenorhabditis elegans, которая стала любимым объектом исследования у современных биологов с легкой руки Сиднея Бреннера, выдающегося ученого и человека, славящегося своим язвительным остроумием. Сидней родился и получил начальное образование в Южной Африке, но бо́льшую часть созидательной жизни провел в английском Кембридже, а затем основал лаборатории по всему миру, от Калифорнии до Сингапура, дав некоторым коллегам повод шутить, что над империей Бреннера никогда не заходит солнце. Впервые известность ему принесло открытие мРНК. В основном же Бреннер в тесном сотрудничестве с Фрэнсисом Криком занимался изучением природы генетического кода и механизма его считывания при синтезе белков. Как только коллеги решили[230], что разобрались с этой фундаментальной проблемой, Бреннер заинтересовался процессами развития сложного организма из единственной клетки, а также работой мозга и нервной системы.

Бреннер обнаружил, что червь C. elegans – идеальный организм для изучения, потому что его легко выращивать, у него относительно короткий жизненный цикл и он прозрачен, так что можно увидеть все клетки, из которых состоит организм этого червя. В лаборатории молекулярной биологии Центра медицинских исследований в Кембридже Бреннер подготовил немало специалистов и создал всемирное сообщество ученых, изучающих на примере C. elegans все что угодно – от развития организма до поведения. Среди его коллег был и Джон Салстон, о котором я уже рассказывал в главе 5. Одним из наиболее значительных проектов Салстона стало тщательное отслеживание развития каждой из приблизительно 900 клеток взрослой нематоды начиная с единственной исходной клетки, что привело к неожиданному открытию: оказалось, что некоторые клетки запрограммированы умереть на определенном этапе своего развития. Ученые продолжили эти исследования, намереваясь установить[231] гены, которые отдают приказ таким клеткам совершить самоубийство в нужный момент, чтобы организм смог продолжить правильно развиваться.

Для животного, состоящего всего из 900 клеток, эти черви – поразительно сложные существа. У них имеются некоторые органы, присущие более крупным животным, только проще устроенные: рот, кишечник, мускулы и мозг с нервной системой. Они не обладают ни кровеносной, ни дыхательной системой. И хотя они едва заметны – всего около миллиметра в длину, – в микроскоп легко увидеть, как они извиваются. Эти нематоды – гермафродиты и производят как сперматозоиды, так и яйцеклетки, но при определенных условиях способны и к бесполому размножению. В норме они социальны, но ученые обнаружили мутации, которые могут сделать их асоциальными. Пищей им служат бактерии, и точно так же, как бактерий, ученые культивируют нематод в чашках Петри. Культуру этих червей можно на любой срок заморозить жидким азотом в пробирке и, когда понадобится, оживить, просто дав им оттаять.

Обычно C. elegans живет пару недель. Однако, если приходится голодать, нематода способна впадать в некое подобие спячки – в этом состоянии под названием «дауэр»[232] она может прожить до двух месяцев и просыпается, когда еды снова будет вдоволь. В масштабе человеческого века это равнялось бы 300 годам. Каким-то способом эти червячки научились останавливать обычный процесс старения. Есть, правда, одна оговорка: в такую спячку могут впадать только молодые особи. Достигнув половой зрелости и став взрослыми, они этой возможности лишаются.

Дэвид Хирш заинтересовался нематодой C. elegans, когда работал в команде Бреннера в Кембридже, и продолжил ее изучение уже в Университете Колорадо. Там к нему присоединился постдокторант Майкл Класс, который хотел заниматься проблемой старения. В те времена старение считалось естественным и неизбежным процессом изнашивания организма и традиционные биологи смотрели на исследования в этой области немного свысока. Однако ситуация начала понемногу меняться, отчасти потому, что правительство США обеспокоилось старением населения. Как вспоминал Хирш[233], Национальные институты здравоохранения (NIH) незадолго до этого учредили Национальный институт США по проблемам старения (NIA), и по меньшей мере одним из стимулов работать в этой области для них с Классом была высокая вероятность получить финансирование из федерального бюджета.

Сначала Хирш и Класс обнаружили, что по многим показателям нематоды в состоянии дауэра стареют незначительно, если вообще стареют. Затем Класс решил проверить, можно ли выявить нематод-мутантов, которые живут дольше, но при этом не обязательно впадают в спячку. Это помогло бы ему определить, какие гены влияют на продолжительность жизни. Чтобы ускорить появление мутантов, среди которых он сможет найти долгожителей, Класс обработал червей мутагенными химикатами. Так в его распоряжении оказались тысячи чашек Петри с нематодами, которых он продолжил изучать уже после открытия собственной лаборатории в Техасе. В 1983 г. Класс опубликовал статью о нескольких долгоживущих нематодах-мутантах, но вскоре закрыл лабораторию и перешел в чикагскую компанию Abbott Laboratories. Однако перед отъездом он послал партию замороженных мутантов бывшему коллеге по Колорадскому университету Тому Джонсону, который к тому моменту работал в Калифорнийском университете в Ирвине.

Получив с помощью инбридинга линии червей-мутантов, Джонсон установил, что средняя продолжительность жизни у них варьирует между 10 и 31 днем, из чего сделал вывод, что по крайней мере у нематод время жизни в значительной мере задается генетически. Оставалось неясным, какое число генов влияет на продолжительность жизни, но в 1988 г. Джонсон, работая вместе с увлеченным этой темой студентом Дэвидом Фридманом, пришел к поразительному заключению, которое полностью расходилось с установившимся представлением о том, что на продолжительность жизни влияют множество генов, каждый из которых вносит свой небольшой вклад. Вместо этого оказалось[234], что мутация всего в одном гене, который Джонсон и Фридман назвали age–1, продлевает жизнь червей. Затем Джонсон обнаружил[235], что у червей с мутацией гена age–1 смертность в любом возрасте ниже, а максимальная продолжительность жизни более чем вдвое превышает продолжительность жизни обычных червей. Максимальная продолжительность жизни, которая определяется как продолжительность жизни 10 % самых долгоживущих особей в популяции, считается более точным показателем старения, поскольку на среднюю продолжительность могут влиять самые разные посторонние факторы, не всегда связанные со старением, например вредные воздействия окружающей среды или устойчивость к болезням.

В тот момент Том Джонсон не был знаменитым ученым, а его гипотеза о том, что единственный ген может до такой степени влиять на старение, противоречила общепринятой точке зрения. И потому его статья ждала публикации почти два года. Даже когда она наконец вышла в престижном журнале Science (1990)[236], научное сообщество отнеслось к работе Джонсона с некоторым недоверием.

Однако спустя несколько лет появились сообщения о втором черве-мутанте. Этим исследованием руководила Синтия Кеньон, уже считавшаяся восходящей звездой в области изучения C. elegans. Карьера Синтии складывалась блестяще: диссертация в Массачусетском технологическом институте; исследовательская работа у Сиднея Бреннера в лаборатории молекулярной биологии Центра медицинских исследований в Кембридже, где и началось изучение генома нематоды; работа в Калифорнийском университете Сан-Франциско – еще одном мировом центре молекулярной биологии и медицины. Кеньон заслужила репутацию ведущего специалиста по развитию нематоды и формированию ее организма в процессе роста. Проблема старения тоже ее интересовала, но, поскольку сама тема тогда считалась не слишком перспективной, Синтии не удавалось привлечь студентов к этой работе. Однако доклад о гене age–1, представленный Джонсоном на конференции в Лейк-Эрроухед (пригороде Лос-Анджелеса), вдохновил исследовательницу[237], и она приступила к генетическому скринингу на новые мутации.

Вслед за Хиршем, Классом и Джонсоном Кеньон сосредоточилась на изучении механизма дауэра. За предшествующее десятилетие ученые установили много генов, влияющих на это состояние, обычно обозначая их как daf. Название гена традиционно пишут курсивом: те же буквы, но написанные прямым шрифтом, означают белок, кодируемый этим геном. В обычных условиях мутации в этих генах предрасполагают нематоду к переходу в состояние дауэра. Но Кеньон предположила, что те же гены влияют на максимальную продолжительность жизни даже без дауэра. Она пошла на хитрость, использовав червей-мутантов, чувствительных к температуре: при относительной прохладе (20 ℃) они не могли